Файл: ВВУ.doc

Сделать презентацию

Скачать файл (0,16Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.02.2020

Просмотров: 298

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

РАСЧЕТ СПЕЦИАЛЬНОГО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Выполнила: ст. гр. УИТ-52

РАСЧЕТ СПЕЦИАЛЬНОГО ВЫСОКОВОЛЬТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Исторически первыми разработками в области получения высокого напряжения были неуправляемые выпрямители переменного напряжения, предназначенные для питания различных устройств. Такая схема не могла обеспечить хорошего качества выпрямленного высокого напряжения. Низкая частота опорного питающего напряжения обуславливала большие габариты и вес практически всех элементов структуры. На практике в подавляющем большинстве случаев используется структура ВУ, показанная на рис. 1.

U_ВХ

U_ВЫХ

И ОН НВ К ВТ УН

Рис. 1 Классическая структура высоковольтного усилителя

Основное отличие схемы заключается в том, что процесс выпрямления и умножения напряжения осуществляется на высокой частоте 16 - 20 кГц. Для этого низкочастотные напряжение от ИОН выпрямляется низковольтным выпрямителем (НВ) и подается для питания конвертора (К), вырабатывающего высокочастотные колебания. Дальнейшая технология получения высокочастотного напряжения происходит через высоковольтный трансформатор (ВТ) на умножитель напряжения (УН). Достоинствами ВУ перед своими историческими прототипами являются малые габариты и вес, а также возможность плавной регулировки выходного напряжения с большим коэффициентом усиления по мощности. Весогабаритные параметры значительно уменьшаются за счет высокой частоты (уменьшение объема ВТ и величин емкостей УН), а возможность плавного изменения U_ВЫХ за счет использования в конверторах регулируемых элементов: ламп, транзисторов, тиристоров.

Все разновидности этой структуры обусловлены различием либо в схемах конверторов, либо в конструкциях трансформаторов, либо в схемах УН.

Все разновидности схем конверторов могут быть разделены на три группы. К первой группе относятся одноконтактные конверторы, предназначенные для генерации одиночных импульсов напряжения на первичную обмотку ВТ. Наиболее типичным представителем этой группы конверторов является блокинг-генератор с использованием в качестве активных элементов ламп, транзисторов и тиристоров.

Конверторы с ударным контуром относятся ко второй группе разновидностей конверторов и основан на том, что параллельный L-C контур возбуждается одиночными прямоугольными импульсами тока, под воздействием которых контур начинает “звенеть”, то есть генерировать пачку спадающих по амплитуде до нуля импульсов.

Третью группу разновидностей конверторов составляют устройства с большой мощностью в нагрузке. Такие конверторы строятся по схеме магнитно-транзисторных мультивибраторов.

Общие сведения о высоковольтных усилителях

Высоковольтные усилители - усилители, у которых Т_ВЫХ > 1 кВ.

Мощность таких усилителей не превышает 10...20 Вт.

ВВУ:

Область применения высоковольтных усилителей.

Приборный вариант высокого напряжения: Блок питания электронно-лучевых трубок, мониторов ЭВМ, телеиндикаторов рекламных щитовых табло, приборов рентгенодиагностики, нейтрализаторы статического электричества на нефтеналивных танкерах, люстры Чижевского.

Технологическое высокое напряжение, мощностью более 40 Вт: электрофильтры газоочистки, электротехнология.

СВЧ - технология: электро-гидравлические взрывные технологии по эффекту Юткина, системы электронного высоковольтного зажигания на дизелях.

Способы получения высоковольтного напряжения:

1. Получение высоковольтного напряжения из промышленной сети 50 Гц - для получения технологического высоковольтного напряжения.

50 Гц U_ВЫХ220

ВТ УН

ВТ - трансформатор с выходным напряжением до 10...50 кВ;

УН - умножитель напряжения строится на число каскадов до 16.

310 = 1,41;

220 1,41 220=310;

лампочка мигает 100 в сек.

Достоинства данной схемы:

1) простота получения высокого напряжения;

2) практически неограниченная мощность сети.

Недостатки:

1) низкое качество высокого выходного напряжения (частота пульсации 50 Гц(-), большой габаритный вес, включенные конденсаторы);

2) опасность поражения электрическим током.

В качестве исключения данную схему можно использовать для приборного варианта только на стадии эксперимента.

2. СВЧ - схема.

Основана на том, что автономное высоковольтное напряжение преобразуется специальным генератором в ВЧ импульсы (1000-16000 Гц) и выпрямляется специальным умножителем напряжения УН до нужного уровня.

U_ВЫХ

Б НП К ВТ УН

БОС

БНП - блок низковольтного питания (5 ... 12 В);

К - конвертор, преобразует 5 - 12 В в высокочастотные импульсы,

Конверторы бывают:

1) блокинг - генератор - преобразует постоянное напряжение в одиночные единичные импульсы с 3-5 Вт;

2) мультивибратор Ройера - генерирует симметричные импульсы с выходной мощностью 100 Вт;

3) тиристорные ключи - генерируют импульсы неограниченной мощности для построения блоков питания, приводов, станков с ЧПУ.

ВТ - высоковольтный трансформатор;

УН - умножитель напряжения, построен из-за большой частоты на малогабаритных конденсаторах и диодах;

БОС - блок обратной связи.

Достоинства данной схемы:

1) малый габаритный вес параметров;

2) высокая частота выходного напряжения;

3) простота управления (либо по БНП, либо по К).

Недостаток данной схемы: нестабильность выходного напряжения, поэтому требуется стабилизация через БОС.

Рассчитанный ниже блок высоковольтного усилителя в рамках дипломного проекта может использоваться в качестве высоковольтного источника питания для создания электростатического поля, необходимого для дробления капли в процессе получения эмульсий с помощью ЭГД-эмульгатора.

Расчет блока высоковольтного усилителя

Техническое задание:

Мощность источника на выходе (на высоковольтной стороне):

Р_вых=23 Вт;

Высоковольтное выходное напряжение в нагрузке:

U_вых=15 кВ;

Число ступеней умножения ( в каждом умножителе напряжения):

n=2;

Рабочая частота: =6250 Гц;

Расчет высоковольтного усилителя.

Определяем выходной ток в нагрузке:

;

мА.

По числу каскадов умножения n определяем выходное напряжение высоковольтного трансформатора:

;

=7,5 кВ.

3. Поскольку предполагается использование стандартного высоковольтного выходного строчного трансформатора типа ТВС 90 ЛЦ2-1, то в качестве базовых выбираем его параметры:

Р_тр=110 Вт;

=6250 Гц;

U_тр
стр=4,5 кВ;

L_тр=1,68 Гн.

4. Посчитаем количество последовательно включенных трансформаторов по вторичной обмотке:

;

Принимаем n_тр=2.

5. Таким образом будем считать, что трансформаторов, последовательно включенных всего :

n_тр=2.

Необходимо иметь напряжение истинное:

;

кВ.

Таким образом на каждом из последовательно включенном трансформаторе включен умножитель напряжения с n_тр=2.

6. Определим ёмкости каждого умножителя напряжения в согласованном режиме. Будем считать, что трансформатор ТВС 90 ЛЦ2-1 пока один работает на один умножитель напряжения:

где n - число каскадов,

i - порядковый номер конденсатора с началом нумерации от трансформатора, причём С₂=С₁.

154510^-12 Ф;

Полученные значения ёмкостей составляют так называемую верхнюю границу вилки умножителя напряжения.

5. Рассчитаем мощность трансформаторного блока, питающего данный умножитель напряжения в согласованном режиме. Так как в данном случае умножитель четный, то:

;

Поскольку мощность блочного трансформатора значительно превышает мощность ТВС 90 ЛЦ2-1, значит согласованный режим экономически расточителен и от него будем уходить за счёт того, что будем уменьшать ёмкости, т. е. увеличивать внутреннее сопротивление и соответственно уменьшать мощность трансформатора.

8. Подсчитаем КПД использования блочного трансформатора при питании умножителя напряжения по формуле:

;

Полученный КПД отражает долю мощности блочного трансформатора, которая поступает из него через умножитель напряжения в нагрузку.

9. Посчитаем мощность каждого блока трансформатора ( число блоков равно числу последовательно включенных трансформаторов):

n_тр=2.

10. Посчитаем мощность каждого трансформаторного блока:

;

Вт.

11. Посчитаем мощность каждого блочного трансформатора:

;

Вт.

Поскольку Р_ТВС=110 Вт, то ни один трансформатор эту мощность не потянет, есть два варианта решения этой проблемы:

либо выбирать любой питающий трансформатор по мощности;
либо параллельно включать ТВС 90 ЛЦ2-1.

Мы выбираем второй вариант.

12. Считаем количество параллельно включенных трансформаторов в каждом блоке:

;

Выбираем .

13. Посчитаем мощность накачки от низковольтного конвертора в каждый трансформатор блока:

;

Вт.

Поскольку <110 Вт, то в качестве генератора накачки выберем мультивибратор Ройера.

14. На расчётную блочную мощность трансформатора рассчитаем ёмкости умножителей напряжения:

;

=196,7810^-12 Ф.

Полученное значение емкости соответствует блочной мощности трансформатора, но не в чисто согласованном режиме, а уходит от него и составляет нижнюю границу значений вилки ёмкостей:

196,7810^-12Ф<С₁=С₂<154510^-12Ф.

А верхнее значение С₁=154510^-12Ф соответствует согласованному ( резонансному) режиму работы умножителя напряжения.

15. Поскольку определяющим фактором является мощность блока, то выбираем левое значение вилки, но поскольку номиналы не соответствуют стандартному ряду, их надо набирать в виде батарей конденсаторов (с точностью 5%) при (U_с  7500 В).